CN101789639A - 一种可控电流感应电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可控电流感应电源，包括取能互感器1、可控整流电路3、控制模块5和滤波电路4，取能互感器1输出二次侧电流输入所述可控整流电路3，该可控整流电路3将整流后电流输入滤波电路4，可控整流电路3包括旁路回路和整流回路，可控电流感应电源输出电压信号接入控制模块5，该控制模块5输出控制信号接入可控整流电路3；可控整流电路3的旁路回路将输入电流短路，整流回路将输入电流整流后输出给滤波电路4，在控制周期内，可控整流电路3的旁路回路和整流回路交替工作；控制模块5输出控制信号调节旁路回路和整流回路在控制周期内的导通时间比值。本发明可控电流感应电源输出电压稳定，对不同负载和导线电流大小的适应能力强。

Description

一种可控电流感应电源

技术领域：

本发明涉及电流感应电源，特别是涉及利用电流互感器原理的电流感应电源。

背景技术：

利用变压器变压，我们可以从交流电网中取得理想电压和功率的电能，我们常用的用电负载一般标称供电方式即交流或直流、额定电压、功率等参数来判断该用电负载正常工作所需的电源，我们常使用的电源输出电压相对恒定、电流随负载变化而变化。

电流感应电源是利用电流互感器原理从交流电网或电路中感应电流取得电能的又一种方式，其感应出来的交流电流大小和一次侧电流、互感器变比相关，在不考虑磁路饱和的情况下，固定变比的电流互感器输出电流将随恒定的一次侧电流而恒定，输出电压则随负载的变化而变化，因此利用常规的电流互感器原理所制造的电流感应电源和我们常规电源电压相对恒定的需求不相符合。

要使电流感应电源满足我们常规的用电环境，则需使其在导线电流大小波动、负载变化的情况下保持输出电压的相对稳定。现有技术中，采用输出电压过压保护方法的电流感应电源难以满足负载和导线电流大幅波动的应用环境。

发明内容：

本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种可控电流感应电源，该可控电流感应电源输出电压稳定，能适用于不同负载和导线电流环境。

本发明所解决技术问题所采用的技术方案是：

设计、制作一种可控电流感应电源，包括取能互感器、可控整流电路、控制模块和滤波电路，所述取能互感器输出的二次侧电流输入所述可控整流电路，该可控整流电路将整流后的电流输入滤波电路，所述可控整流电路包括旁路回路和整流回路，所述电流感应电源的输出电压信号接入所述控制模块，该控制模块输出的控制信号接入所述可控整流电路；

所述可控整流电路的旁路回路将输入电流短路，整流回路将输入的交流整流成直流输出给滤波电路，在控制周期内，所述可控整流电路的旁路回路和整流回路交替工作；

所述控制模块输出控制信号调节所述可控整流电路的旁路回路和整流回路在控制周期内的导通时间比值。

本发明中，所述可控整流电路的主电路是：四只整流器件组成桥式整流电路，在桥式整流电路直流电源负端相连的两只整流器件上，反向并联两只可控整流器件，其中；

所述四只整流器件共同组成的桥式整流电路即为所述可控整流电路的整流回路；

和桥式整流电路直流电源负端相连的两只整流器件、以及反向并联的两只可控整流器件共同组成所述可控整流电路的旁路回路。

所述可控整流电路的整流器件和可控整流器件均为功率开关器件，包括二极管、可控硅、IGBT、GTO或MOSFET，所述四只整流器件能封装为整流桥堆。

所述控制模块采用PWM脉宽调制控制方式，输出占空比可调的PWM脉宽控制信号，所述可控整流电路的旁路回路或整流回路按PWM脉宽控制信号的高低电平变化而导通或关断，所述控制模块通过调节PWM脉宽控制信号的占空比维持电流感应电源输出的稳定。

所述控制模块或采用SPWM正弦脉宽调制控制方式，输出调制比可调的SPWM脉宽控制信号，所述可控整流电路的旁路回路或整流回路按SPWM脉宽控制信号的高低电平变化而导通或关断，所述控制模块通过调节SPWM脉宽控制信号的调制比维持电流感应电源输出的稳定。

所述控制模块或采用相位控制方式，通过调节所述可控整流器件的相位控制初始值来控制所述可控整流电路3旁路回路和整流回路的导通时间比值。

同现有技术相比较，本发明可控电流感应电源的有益效果在于：

1.控制模块根据电流感应电源的输出电压产生控制信号，控制信号作用于可控整流电路调节其旁路回路和整流回路导通时间比值，从而调节整流输出电流大小，实现了不同负载情况下输出电压的稳定；

2.当导线电流大幅波动时，控制模块输出的控制信号作用于可控整流电路，调节了旁路电流的大小，使导线电流大幅波动时不影响输出电压的稳定，拓展了电流感应电源的环境适应能力。

附图说明：

图1是本发明可控电流感应电源的原理框图；

图2是本发明的一种可控整流电路的主电路拓扑图；

图3是本发明采用PWM控制方式信号控制原理图；

图4是本发明采用SPWM控制方式信号控制原理图；

图5是本发明采用相位控制方式信号控制原理图；

图6是本发明的可控整流器件为可控硅、整流器件为二极管，且采用相位控制方式时的电路图；

图中：1是取能互感器，11、12是取能互感器输出端，3是可控整流电路，31、32是可控整流电路输入端，4是滤波电路，40是滤波电容，41是负载电阻，5是控制模块，9是导线，301、302、303、304是整流器件，311、312是可控整流器件，Vin是可控整流电路3输入电流的同步电压信号，Vinm是其幅值，180°、360°是其半周期和全周期相位值，Vt是三角波载波，Vtm是其幅值，Q311是可控整流器件311的控制信号，Q312是可控整流器件312的控制信号，

是相位控制初始值，t为脉冲宽度，T为控制周期，D为占空比，w为调制度。

具体实施方式：

本发明可控电流感应电源，结合图1至图6所示，包括取能互感器1、可控整流电路3、控制模块5和滤波电路4，所述取能互感器1输出的二次侧电流输入所述可控整流电路3，该可控整流电路3将整流后的电流输入滤波电路4，所述可控整流电路3包括旁路回路和整流回路，所述电流感应电源的输出电压信号接入所述控制模块5，该控制模块5输出的控制信号接入所述可控整流电路3；

所述可控整流电路3的旁路回路将输入电流短路，整流回路将输入的交流整流成直流输出给滤波电路4，在控制周期内，所述可控整流电路3的旁路回路和整流回路交替工作；

所述控制模块5输出控制信号调节所述可控整流电路3的旁路回路和整流回路在控制周期内的导通时间比值。

所述可控整流电路3主电路拓扑是：四个整流器件301、302、303、304组成桥式整流电路，整流器件301、302的连接点为整流输出直流电源的负端，可控整流器件311和整流器件301反向并联，可控整流器件312和整流器件302反向并联；

所述四个整流器件301、302、303、304共同组成所述可控整流电路3的整流回路；

整流器件301、302和可控整流器件311、312共同组成所述可控整流电路3的旁路回路。

所述可控整流电路3的整流器件301、302、303、304和可控整流器件311、312为功率开关器件，包括二极管、可控硅、IGBT、GTO或MOSFET，所述四个整流器件301、302、303、304能封装为整流桥堆。

所述控制模块5采用PWM脉宽调制控制方式，输出占空比可调的PWM脉宽控制信号，所述可控整流电路3的旁路回路或整流回路按PWM脉宽控制信号的高低电平变化而导通或关断，所述控制模块5通过调节PWM脉宽控制信号的占空比维持电流感应电源输出的稳定。

所述控制模块5或采用SPWM正弦脉宽调制控制方式，输出调制比可调的SPWM脉宽控制信号，所述可控整流电路3的旁路回路或整流回路按SPWM脉宽控制信号的高低电平变化而导通或关断，所述控制模块5通过调节SPWM脉宽控制信号的调制比维持电流感应电源输出的稳定。

所述控制模块5或采用相位控制方式，通过调节所述可控整流器件311、312的相位控制初始值来控制所述可控整流电路3旁路回路和整流回路的导通时间比值。

上述实施方式可详细表述为：

取能互感器1的二次侧输出端11、12分别与相控整流模块的输入端31、32相连，当导线9中流经交流电流时，取能互感器1的二次侧因电磁感应产生交变电流，该交变电流输入可控整流模块3，一部分被整流后经滤波电路4中的滤波电容40滤波后，在负载电阻41两端形成直流电压输出，其余未经整流的交变电流被可控整流模块3旁路，直接流回取能互感器1的二次侧，控制被整流电流和被旁路电流的比例，即可稳定负载电阻41两端的直流输出电压。

当可控整流器件311、312都断开时，整流器件301、302、303、304组成常规桥式整流电路，整流器件303、304的连接点为输出直流电源正端，整流器件301、302的连接点为输出直流电源负端。在可控整流电路3输入电流的同步电压信号Vin正半周，即输入节点32电压高于节点31时，若可控整流器件311导通时，输入电流经可控整流器件311、整流器件302导通形成旁路，在输入电流的负半周，若可控整流器件312导通时，输入电流经可控整流器件312、整流器件301导通形成旁路。

采用PWM脉宽调制控制方式时，控制模块5输出固定控制周期为T、脉冲宽度为t的矩形脉冲序列，在输入电流的同步电压信号Vin正半周，可控整流器件311的控制信号Q311输出矩形脉冲序列，使可控整流器件311在每个控制周期T内导通时间宽度为t，在输入电流的同步电压信号Vin负半周，可控整流器件312的控制信号Q312输出矩形脉冲序列，使可控整流器件312在每个控制周期T内导通时间宽度为t。当输出电压偏低时，减小导通时间宽度t，即减小占空比D，可控整流电路3的旁路回路与整流回路导通时间比值减小，电压回升，反之，当输出电压偏高时，增大导通时间宽度t，即增大占空比D，可控整流电路3的旁路回路与整流回路导通时间比值增大，电压回落。

采用SPWM正弦脉宽调制控制方式时，控制模块5产生频率固定的三角波载波Vt，与可控整流电路3输入电流的同步电压信号Vin调制，在正弦波Vin与三角波载波Vt的交点处控制可控整流器件的通断，即可得到一组等幅且脉冲宽度按正弦波函数值变化的矩形脉冲序列，在输入电流的同步电压信号Vin正半周，可控整流器件311的控制信号Q311输出矩形脉冲序列，在输入电流的同步电压信号Vin负半周，可控整流器件312的控制信号Q312输出矩形脉冲序列，调节三角波载波幅值Vtm，调制度W改变，即可改变控制信号Q311、Q312输出的矩形脉冲序列宽度。当输出电压偏低时，减小三角波载波Vt的幅值Vtm，调制度W增大，可控整流电路3的旁路回路与整流回路导通时间比值减小，电压回升，反之，当输出电压偏高时，增大三角波载波Vt的幅值Vtm，调制度W减小，可控整流电路3的旁路回路与整流回路导通时间比值增大，电压回落。

采用相位控制方式时，控制模块5产生一个相位控制初始值

在可控整流电路3输入电流的同步电压信号Vin正半周且相位值为

时，可控整流器件311的控制信号Q311发出导通信号，可控整流器件311在可控整流电路3输入电流的同步电压信号Vin正半周且相位值为

至180°期间导通，在可控整流电路3输入电流的同步电压信号Vin负半周且相位值为

时，可控整流器件312的控制信号Q312发出导通信号，可控整流器件312在可控整流电路3输入电流的同步电压信号Vin负半周且相位值为

至360°期间导通，当输出电压偏低时，增大相位控制初始值可控整流电路3的旁路回路与整流回路导通时间比值减小，电压回升，反之，当输出电压偏高时，减小相位控制初始值

可控整流电路3的旁路回路与整流回路导通时间比值增大，电压回落。

为进一步说明本发明技术方案，图6给出了可控整流器件为可控硅、整流器件为二极管，采用相位控制方式的电路图例。

移相控制芯片U1选用TCA785，其第11脚为相位控制初始值

的电压控制脚，第8脚为参考电压输出，第14、15脚为相位相差180°的相位控制信号输出脚，感应电源输出电压Vo经R5、R9、TR1分压采样后与参考电压比较，当电压偏高时，U1第11脚的控制电压降低，相位控制初始值

减小，可控整流器件311、312导通时间增大，电流感应电源输出电压降低，当电压偏低时，U1第11脚的控制电压升高，相位控制初始值增大，可控整流器件311、312导通时间减少，电流感应电源输出电压升高。

Claims (6)

1.一种可控电流感应电源，包括取能互感器1、可控整流电路3、控制模块5和滤波电路4，所述取能互感器1输出的二次侧电流输入所述可控整流电路3，该可控整流电路3将整流后的电流输入滤波电路4，其特征在于：所述可控整流电路3包括旁路回路和整流回路，所述可控电流感应电源的输出电压信号接入所述控制模块5，该控制模块5输出的控制信号接入所述可控整流电路3；

所述可控整流电路3的旁路回路将输入电流短路，整流回路将输入的交流整流成直流输出给滤波电路4，在控制周期内，所述可控整流电路3的旁路回路和整流回路交替工作；

所述控制模块5输出控制信号调节所述可控整流电路3的旁路回路和整流回路在控制周期内的导通时间比值。

2.根据权利要求1所述的可控电流感应电源，其特征在于：所述可控整流电路3的主电路拓扑是：四个整流器件301、302、303、304组成桥式整流电路，整流器件301、302的连接点为整流输出直流电源的负端，可控整流器件311和整流器件301反向并联，可控整流器件312和整流器件302反向并联；其中：

所述四个整流器件301、302、303、304组成所述可控整流电路3的整流回路；

两个整流器件301、302和两个可控整流器件311、312共同组成所述可控整流电路3的旁路回路。

3.根据权利要求2所述的可控电流感应电源，其特征在于，所述可控整流电路3的整流器件301、302、303、304和可控整流器件311、312为功率开关器件，包括二极管、可控硅、IGBT、GTO或MOSFET，所述四个整流器件301、302、303、304能封装为整流桥堆。

4.根据权利要求1所述的可控电流感应电源，其特征在于，所述控制模块5采用PWM脉宽调制控制方式，输出占空比可调的PWM脉宽控制信号，所述可控整流电路3的旁路回路或整流回路按PWM脉宽控制信号的高低电平变化而导通或关断，所述控制模块5通过调节PWM脉宽控制信号的占空比维持电流感应电源输出的稳定。

5.根据权利要求1所述的可控电流感应电源，其特征在于，所述控制模块5采用SPWM正弦脉宽调制控制方式，输出调制比可调的SPWM脉宽控制信号，可控整流电路3的旁路回路或整流回路按SPWM脉宽控制信号的高低电平变化而导通或关断，所述控制模块5通过调节SPWM脉宽控制信号的调制比维持电流感应电源输出的稳定。

6.根据权利要求2或3所述的可控电流感应电源，其特征在于，所述控制模块5采用相位控制方式，通过调节所述可控整流器件311、312的相位控制初始值来控制所述可控整流电路3旁路回路和整流回路的导通时间比值。

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